⑵ 若不够用，可采取哪些措施 ① 增大传热面── 并联或串联一台换热器 ② 提高加热蒸气的压力，以提高传热推动力 ③ 加添加物，增加扰动── 提高管程对流给热系数，以 降低管程热阻
⑶ 并联或串联多大的换热器才够用？要考虑哪些因素？ 并联一台同样大小的换热器，流量ms’增加一倍，传热面 增加一倍，流速不变，传热系数K不变── 正好够用。
CA04 .347 8.401 9 0 3km/m o3l
对稀水溶液，C＝1000/18=55.56kmol/m3
xAC C A8.450 . 5 5196 0 31.51 140 4
于是：pe = E xA=1.731051.51410-4=26.19kPa 而气相主体中CO2的分压pA = p3.0%=5003.0%=15kPa
基本原理
(1) Planck law (2) Stefan-Boltzmann law(四次方定律) (3) Kirchhoff law
减小热辐射的措施
12
颗粒特性
沉降
过滤
重力沉降
离心
斯托克斯公式
非均相分离过程
知识关联图
13
传热综合题
有一列管换热器，外表面积为40m2，列管为φ25×2.5 mm的钢管。用饱和水蒸气将处理量为2.5×104kg/h的油从40 ℃加热到80℃。油走管程，流动状态为湍流。蒸气走壳程， 水蒸气压力为0.2MPa(绝压)，冷凝给热系数α=1.2×104W/ (m2.K)，油的平均比热容cp=2.1×103J/(kg.K)。 ⑴ 当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要 保持油的出口温度仍为80℃，此换热器是否够用？ ⑵ 若不够用，可采取哪些措施？ ⑶ 并联或串联多大的换热器才够用？
28
在界面处：y1 mx1 kya(yy1) kxa(x1 x2) y1 0.756x1 4.31102(0.054y1) 0.323(x1 0.062)
x1 0.0629
y1 0.0475
1 / K y a 1 / k y a m / k x a 1 / 0 . 0 4 3 1 0 . 7 5 6 / 0 . 3 2 3 2 5 . 5 4
2
1
1 1
bd1
d1 d2
K 1 dm
1
2532.79W/(2m.K)
1 1 0.002525 20
25.27 12000 4522.5
16
列管换热器,A=40m2,φ25×2.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5×104kg/h,t1=40℃,t2=80℃,湍流,cp=2.1×103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),α=1.2×104W/(m2.K)。
14
列管换热器,A=40m2,φ25×2.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5×104kg/h,t1=40℃,t2=80℃,湍流,cp=2.1×103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),α=1.2×104W/(m2.K)。
解： ⑴ 当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？
2.增大传热面积 3. 增大传热平均温度差
tm
t1 t2
ln
t1 t2
逆流优于并流
10
控制热阻法： ，Rs可忽略时，K接近于小一方； 若 大>>小，小≈K 如 汽水 冷凝水 此时，有效提高K的途径为提高小
11
辐射热传导－－基本概念、基本原理 基本概念
黑体、镜体、透过体、灰体、黑度ε
热量衡算方程： Q m s 1 c p 1 ( T 1 T 2 ) m s 2 c p 2 ( t2 t1 )
牛顿冷却定律：QAt (局部)
温差差别
导热速率方程
平壁：
Q
T1 Tn1 n bi
i1 (i A)
圆筒壁： Q
T1 Tn1 n bi
i1 (i Ami )
rm
r2 r1 ln r2
无相变：
N ud0.02 R 30.8 ePnr
当流体被加热时，n=0.4； 流体被冷却时， n=0.3。 上式的应用条件：考试中一般满足
Re104 0.7P r120L/d50
物性参数的定性温度为流体进出口的平均温度。
6
管内强制对流的影响因素：
1. 进口段的影响 2. 热流方向的影响 3. 自然对流的影响 4. 其他因素的影响：管路弯曲，表面粗糙度
解：m=E/P=76.6/101.33=0.756 y=0.054 x=0.062 c=1000/18=55.56kmoL/m
kyapkG a 1 0 1 .3 3 4 .2 5 1 0 40 .0 4 3 1 km o L /(m 3s) kxa C kL a 5 .8 2 1 0 3 5 5 .5 60 .3 2 3 km o L /(m 3s)
A’>A，所以换热面不够。
若换热面仍为40m2，油的出口温度t’
1.74K 1 A80(120t')
2mscp(t'40)
ln 80 120t'
mscp(8040)
KA57.7
可解得： t’=76.2℃
18
列管换热器,A=40m2,φ25×2.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5×104kg/h,t1=40℃,t2=80℃,湍流,cp=2.1×103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),α=1.2×104W/(m2.K)。
26
可见pe > pA，故将发生解吸现象。 以分压表示的总传质推动力 ：p = pe – pA=26.18 – 15=11.18kPa
27
例：在填料塔内以水吸收空气～氨混合气中的氨。已知：总压P为1大气压，温 度t为20℃，亨利系数E为7.66×104Pa ，气相体积传质分系数kGa为4.25×104kmol/(s∙m3∙kpa) ，液相体积传质分系数 kLa为 5.82×10-3s－1。气相中含氨5.4% （体积），液相中含氨0.062（摩尔分率），液相可按稀溶液处理。试求气、液 界面处平衡的浓度以及气相传质阻力占总阻力的分率。
环境工程原理 期末总结
2014.12.31
1
主要内容
• 绪论 • 物料衡算与热量衡算 • 传热原理（计算1） • 沉降 • 过滤 • 传质原理 • 吸收（计算1） • 反应工程（计算1）
2
总传热公式
QKAtm
强化
Q 的计算
对流
总衡算
导热
热辐射
Δtm的计算
K 的计算
传热过程
知识关联图
3
传热速率Q的计算：
P
气相主体
p
pi
相 界 面
气液 膜膜
液相主体
C
ci c
δG’
δL’
Z
24
5. 对流扩散的传质公式
NAkL(cAi cA)
相内
NAkG(pApAi)
NAKL(cA*cA)
相间
NAK G(pApA*)
平衡关系
pA=cA/H
在理解双膜理论的基础上，能够推导KL或KG与 kL和kG之间的关系。判断控制步骤。
25
例题：在总压P＝500kN/m2、温度t=27C下使含CO23.0%（体积％）的气体与含CO2 370 g/m3的水相接触，试判断是吸收还是解吸？并计算以CO2分压差表示的总传质 推动力。 已知在操作条件下，亨利系数E＝1.73105kN/m2，水溶液的密度可取1000kg/m3。
解： 由题意可知，
气相阻力占总阻力分率为：
1 /0 . ( 0 4 2 .5 3 ) 5 4 9 1 .8 0 0 0
29
吸收
• 1. 吸收影响因素：温度、压力 • 2. 平衡线和吸收操作线图示及基于图的
分析 • 3. 计算要求：
– 物料衡算 – 最小液气比 – 传质单元数 – 传质单元高度 – 填料层高度
30
增大管内强制对流传热系数的途径： 变化的根本原因：层流底层的厚度的变化
1. 在管路条件不变的情况下，增大流速，α增大。 2. 在流量不变的情况下，减小管径或采用蛇管。
注意：此时α并不与管径尺寸成反比。 7
有相变：
冷凝：影响冷凝传热的因素，如何影响冷凝液层的厚度
沸腾： 沸腾条件－－过热， 气化核心
沸腾的过热度与传 热系数的关系
∵ α1>>α2
∴ α2≈K
当油的流量增加一倍时，u’=2u
K' K
'2 2
2u0.8 u
1.741
若油出口温度仍为80℃时：
2mscpt K'A'tm1.74A1'
mscpt K Atm
A
A'24045.95m2
1.741
17
列管换热器,A=40m2,φ25×2.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5×104kg/h,t1=40℃,t2=80℃,湍流,cp=2.1×103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),α=1.2×104W/(m2.K)。
需要掌握的公式
1. 逆流操作时的物料衡算及最小液气比
G B Y Y 2 L B X X 2
G B Y 1 Y 2 L B X 1 X 2
LB GB
min
Y1 Y2 X1* X2
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2. 填料层高度的计算公式
H G y1 dy Kya y2 yy*
HHOG NOG
H OG
G Ky a
N ＝ y1
OG
y2
dy y y*
ym
y1 ln
y2 y1
y2
NOG
y1 y2 ym
S＝1 m mG AL L G
32
例：设计一台常压操作的填料吸收塔，用清水吸收焦炉气中的氨，操作条件下的平衡 关系为y=1.2x，气体流率为4480m3/(m2.h)，入塔气体浓度为10g/Nm3，要求回收率为 95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍,气相体积总传质系数Kya=200kmol/(m3.h)。试求： ⑴ 水用量(m3/(m2.h))(取ρ水=1000kg/m3)； ⑵ 出塔溶液中氨的浓度(mol%)； ⑶ 填料层高度(m)； ⑷ Kya正比于G0.8(G为摩尔流率)，若回收率不变，塔内温度、压力、均不变,在液流量 不变情况下，气体流率增加一倍，则填料层高度应变为多少？